Pappersbaserad mikrofluidik

Pappersbaserade mikrofluidik är mikrofluidiska enheter som består av en serie hydrofila cellulosa- eller nitrocellulosafibrer som transporterar vätska från ett inlopp genom det porösa mediet till ett önskat utlopp eller område av enheten, med hjälp av kapillärverkan . Denna teknik bygger på det konventionella sidoflödestestet som kan detektera många smittämnen och kemiska föroreningar. Den största fördelen med detta är att det till stor del är en passivt styrd enhet till skillnad från mer komplexa mikrofluidiska enheter. Utvecklingen av pappersbaserade mikrofluidiska enheter började i början av 2000-talet för att möta ett behov av billiga och bärbara medicinska diagnostiska system .

Arkitektur

Pappersbaserade mikrofluidiska enheter har följande regioner:

• Inlopp: ett substrat (typiskt cellulosa) där vätskor dispenseras manuellt.
• Kanaler: hydrofila submillimeternätverk som styr vätska genom en enhet.
• Flödesförstärkare: områden med varierande geometri där flödeshastigheten modifieras för att ge ett stabilt flöde med kontrollerbar hastighet
• Flödesmotstånd: ett kapillärelement som används för att ge en reducerad flödeshastighet för att kontrollera uppehållstiden för en vätska i en mikrofluidisk anordning
• Barriärer: hydrofoba områden som hindrar vätska från att lämna kanalen.
• Uttag: plats där en kemisk eller biokemisk reaktion äger rum.

Flöde

Vätskerörelsen genom ett poröst medium såsom papper styrs av permeabilitet (geovetenskap), geometri och förångningseffekter . Tillsammans resulterar dessa faktorer i avdunstningsbegränsad kapillärpenetration som kan ställas in genom att kontrollera porositet och enhetsgeometri. Papper är ett poröst medium i vilket vätska transporteras främst genom uppsugning och avdunstning. Kapillärflödet under vätning kan approximeras av Washburns ekvation , som härrör från Jurins lag och Hagen–Poiseuille-ekvationen . Medelhastigheten för vätskeflödet generaliseras som,

$$v={\frac {\gamma \cos \theta }{4\eta }}{\frac {1}{L}}$$

där $\gamma$ är ytspänningen, $\theta$ kontaktvinkeln, $\eta$ är viskositeten och $L$ är sträckan som vätskan tillryggalägger. Mer omfattande modeller står för pappersslingor, porradie och pappersdeformation .

När mediet väl är helt blött är efterföljande flöde laminärt och följer Darcys lag . Medelhastigheten för vätskeflödet generaliseras som,

$$v=-{\frac {K}{\eta }}\triangledown P$$

där $K$ är medelpermeabiliteten och $displaystyle \triangledown P}$ \ är tryckgradienten . En konsekvens av laminärt flöde är att blandning är svår och enbart baserad på diffusion , vilket är långsammare i porösa system.

Tillverkning

Pappersbaserade mikrofluidiska enheter kan tillverkas utifrån dimensionerna, dvs 2D och 3D. För att tillverka 2D pappersbaserad mikrofluidik, variationer av metoder, såsom vaxutskrift, bläckstråleutskrift , fotolitografi , flexografisk utskrift , plasmabehandling, laserbehandling, etsning (mikrotillverkning) , screentryck , digital ljusbearbetning (DLP) 3-D-skrivare, och vaxscreening, har använts. Ytterligare laminering av flera pappersmikrofluidik skapar pseudo-3D-mikrofluidik som kan ge en ytterligare dimension av det fluidiska nätverket och öka komplexiteten. Varje teknik syftar till att skapa hydrofoba fysiska barriärer på hydrofilt papper som passivt transporterar vattenhaltiga lösningar. Biologiska och kemiska reagens måste sedan deponeras selektivt längs anordningen genom att antingen doppa substratet i en reagenslösning eller lokalt placera ett reagens på substratet.

Vaxtryck

Vaxutskrift använder en enkel skrivare för att mönstra vax på papper i önskad design. Vaxet smälts sedan med en kokplatta för att skapa kanaler. Denna teknik är snabb och låg kostnad, men har relativt låg upplösning på grund av det smälta vaxets isotropi .

Bläckstråleutskrift

Bläckstråleutskrift kräver bestrykning av papper i en hydrofob polymer, och sedan selektivt placera ett bläck som etsar polymeren för att avslöja papper. Denna teknik är låg kostnad med hög upplösning, men är begränsad av hastigheten för att placera en bläckdroppe åt gången.

Fotolitografi

Fotolitografiska tekniker liknar bläckstråleutskrift, med användning av en fotomask för att selektivt etsa en fotoresistpolymer . Denna teknik har hög upplösning och är snabb, men har höga utrustnings- och materialkostnader.

DLP-utskrift

Denna teknik använder en DLP-utskriftsteknik där fotohärdbara hartspolymerer exponeras för ljus för att bilda hydrofoba gränser för öppna mikrokanaler i ett poröst papper. Om effekterna av avdunstning är oroande i den specifika applikationen kan ytterligare två lager av det härdbara hartset användas på toppen och botten av kanalen. Överskott av ohärdat harts rensas sedan bort med etanol. Denna teknik har relativt låga utrustningskostnader och använder lättillgängliga material, vilket gör den till en lovande kandidat för massproduktion av diagnostiska anordningar för vårdcentraler .

Plasmabehandling

I denna teknik görs papper först hydrofobiskt med användning av ett hydrofoberande medel såsom AKD eller fluorkolplasmapolymerisation, och sedan används O ₂ plasmaetsning med en mask för att skapa hydrofila mönster i papperet. En fördel med plasmabaserade processer är att de komplexa designerna och funktionaliteterna såsom helt och halvt inneslutna kanaler, på-av-flödesomkopplare och flödeskontrollkanaler relativt enkelt kan införlivas. Produktionskostnaden är dock relativt sett högre än andra tillverkningsmetoder.

Analytiska tillämpningar

Masspektrometri

Paper-spray jonisering utvecklas snabbt som ett gränssnitt för mikropappersbaserade analytiska enheter μPAD och masspektrometri. Tekniken, som först beskrevs av Graham Cooks -gruppen vid Purdue, innebär att en spänning appliceras på ett triangulärt ark vått papper nära inloppet av en masspektrometer. Även om den exakta mekanismen inte är väl förstådd, kan två arbetssätt förekomma: en spray med flera koner vid höga flödeshastigheter och en spray med en enda kon som uppstår när lösningsmedlet har tömts. Detta är en del av en större ansträngning för att kombinera komplexa mikrofluidiska manipulationer med masspektral detektion. Vaxtrycks hydrofoba barriärer är en vanlig metod för att skapa distinkta flödeskanaler i pappersenheter, och denna har utvidgats till μPAD-MS för att förbättra joniseringseffektiviteten (genom att möjliggöra fokusering av analytströmmen) och möjliggöra reaktionsblandning genom vaxtryckning på det triangulära papperet yta. Kromatografiska separationer har också visats på μPADs före pappersspraydetektion. Inledningsvis användes papperssprayjonisering för att detektera små molekyler, såsom läkemedel och missbruksdroger. Det har emellertid också visat sig att jonisering med pappersspray kan jonisera stora proteiner samtidigt som de bibehåller icke-kovalenta interaktioner.

Separationsmetoder

Få analytiska detektorer är verkligen specifika för en enda art; därför är någon typ av separationssteg ofta nödvändig före detektion. Dessutom möjliggör separation detektion av flera analyter inom en enda plattform. Separationer baserade på plankromatografi (TLC) är kanske de enklaste att implementera, eftersom många μPADs är konstruerade med kromatografiskt papper. Typiskt definieras separationskanalen genom vaxtryckning av två hydrofoba barriärer. Elektrokemisk detektion är kanske vanligast, troligtvis på grund av dess enkla implementering, även om kolorimetri , kemiluminscens och masspektral detektion också har använts i samband med pappersbaserade kromatografiska separationer. Trots den enkla implementeringen hindras plankromatografi av relativt låg platthöjd (dvs dålig separationseffektivitet). Sedan Chakraborty-gruppen demonstrerade genomförbarheten av elektrokinetiskt flöde på μPADs, har flera tillämpningar av elektroforetiska separationer på μPADs dykt upp i litteraturen. Crooks-gruppen vid UT-Austin demonstrerade framgångsrikt att elektroforetiska separationer på μPADs kunde åstadkommas vid relativt låga applicerade spänningar jämfört med konventionella elektroforetiska enheter på grund av de höga fältstyrkorna som kan genereras på mycket tunna (180 μm) ark av origamipapper. Enklare separationsmetoder kan också användas på μPADs, till exempel visade Henry-gruppen separationen av plasma från helblod med hjälp av blodseparationsmembran.

Flödeskontroll

Det finns olika sätt att styra vätskeflödet i kanalerna. De inkluderar att ändra kanalens bredd och längd, ändra papperets vätbarhet , avleda en del vätska genom en parallell kanal eller ändra vätskans viskositet . Flödet i PADs kan stängas av med upplösbara sockerbryggor, Corona-utsläppsbehandling för att ändra en beläggning på papperet från ett hydrofobt till hydrofilt tillstånd, eller användning av en expanderbar polymer som utlöses av flödet för att stänga flödesvägen.

Elektronisk integration

Integration av mikrofluidiska plattformar och elektroniska komponenter har potential att generera mikrototalanalyssystem ( µTAS), som är enheter som inkluderar och automatiserar alla väsentliga steg för provberedning och analys. Papperselektronik är beroende av funktionella strukturer som ledare som ska tillverkas på ytan av papper, men pappersbaserad mikrofluidik är beroende av kanaler och barriärer som ska tillverkas inuti substratet. Denna inkompatibilitet ledde till att en majoritet av µTAS utvecklades med hjälp av traditionella mikrofluidiska plattformar med polymerbaserade kanaler. Men 2009 integrerades screentryckta elektroder i en pappersbaserad mikrofluidisk enhet för att skapa en biosensor för glukos, laktat och urinsyra. Denna första rapport om elektronisk integration för pappersbaserad mikrofluidik illustrerade hur detta material kan förbättra utformningen av dessa µTAS på grund av dess flexibilitet och låga kostnad. Koppling av elektroniska komponenter till de hydrofoba kanalerna som skapas på de pappersbaserade mikrofluidikanordningarna är baserade på fysiska och kemiska integrationstekniker; dessa två strategier diskuteras i avsnitten nedan.

Fysisk integration

Fysiska integrationsmetoder anpassar vanliga tekniker ( t.ex. bläckstråleutskrift , penna-på-papper och screentryck ) för att skapa ett nätverk av ledande spår på papper . En lovande fysisk teknik är bläckstråleutskrift, som gör att ledande material kan avsättas på ett exakt och reproducerbart sätt på papper. Som ett bevis på konceptet har Ko et al . utvecklat ett pappersbaserat elektriskt chip med hjälp av en skrivare på hemmakontoret, ett bläck gjort av kolnanorör och journalpapper. På liknande sätt trycktes nanopartiklar av silver i mikrofluidiska kanaler för att känna av förändringar i vätskors permittivitet, vilket avslöjade information om koncentration och blandningsförhållanden. Forskargrupper har emellertid funnit att dessa bläck som innehåller nanopartiklar kan självaggregera på papperet på grund av ojämn torkning, vilket leder till ojämn täckning och icke-linjära svar. Penna-på-papper-tekniken är också ett bra exempel på elektrisk integration på pappersbaserad mikrofluidik med hjälp av billiga, vanliga kontorsmaterial. Här skapas grafitiska kretsar på den pappersbaserade mikrofluidiska enheten genom att analytikern upprepade gånger skissar med en penna. Till exempel användes denna elektriska integrationsmetod i en helt handritad pappersmikrofluidisk anordning för cancerscreening på vårdplatsen. Denna lösningsmedelsfria teknik ger möjlighet att skapa improviserade pappersbaserade µTAS. Men penna-på-papper kan också leda till en ojämn avsättning av grafit, vilket begränsar prestandan hos dessa handritade kretsar. En annan framträdande fysisk integrationsmetod är screentryck, där bläck överförs till områden av de pappersbaserade mikrofluidkanalerna som inte blockeras av en stencil. Dungchai et al . screentryckt kolbläck för arbets- och motelektroderna och silver/silverkloridbläck som referenselektrod i slutet av mikrofluidkanalen. Screentryckta elektroder på pappersbaserade mikrofluidiska enheter har använts inte bara för att utveckla biosensorer för metaboliter, utan också för att upptäcka bakterier och tungmetaller i mat och vatten. Andra fysiska integrationsmetoder (spray-/ spinbeläggning , blandning och vakuumfiltrering) har utvecklats för papperselektronik, men har ännu inte implementerats i pappersbaserade mikrofluidiska enheter. En extra intressant fysisk integrationsmetod är att kombinera pappersbaserade enheter med en bärbar ljuslåda för att skapa enhetliga och repeterbara ljusmiljöer. Ljuslådan kan styras antingen manuellt eller på distans med en mobiltelefon.

Kemisk integration

Kemisk integration använder reaktioner för att funktionalisera pappersenheter och skapa elektriska nanostrukturer. Kemiska integrationstekniker kan klassificeras i två grupper: in situ frötillväxt och polymerisation . In situ frötillväxt ( dvs odling av ett sammankopplat nanopartikelskikt ) är en effektiv metod för att generera elektroder på pappersmikrofluidiska enheter eftersom analytikern kan kontrollera dess arkitektur och storlek. In situ -tillväxt av guld- och silvernanopartiklar är den mest allmänt förekommande metoden för kemisk integration av elektriska komponenter på pappersmikrofluidiska enheter på grund av deras signalförstärkning och konduktivitet. Metallfrölösningen framställs via en reduktionsreaktion av metallsaltet och någon kombination av reduktionsmedel som natriumborhydrid, trinatriumcitrat, askorbinsyra och/eller hydroxylaminhydroklorid. Sedan odlas nanopartiklar inbäddade i fibrerna i mikrofluidanordningen genom att sprida frölösningen på det hydrofila området av papperet, som har blötts i reduktionsmedlet. När nanopartiklarna har växt kan enheten torkas och karakteriseras. Löftet om in situ frötillväxt är att nanopartiklarna är enhetligt inbäddade på plattformen och de inbäddade metallnanopartiklarna kan också funktionaliseras ytterligare med substituenter för att öka känsligheten hos den mikrofluidiska plattformen. Till exempel utvecklades en pappersbaserad mikrofluidisk enhet för både kolorimetrisk och elektrokemiluminescensavkänning av bly genom att funktionalisera palladium/guld nanopartiklar med ett blyspecifikt DNAzyme . Däremot bäddar polymerisation in ledande polymerer, som har hög energitäthet och elektrisk stabilitet, i fibrerna i pappersanordningen. Även om denna teknik har använts i utvecklingen av papperselektronik, har dess användning i pappersbaserad mikrofluidik varit långsammare än in-situ frötillväxt. En forskargrupp bäddade in p -toluensulfonsyradopad polypyrrol ( dvs polymer) i kanalerna i deras pappersbaserade mikrofluidiska anordning, och utvecklade ett självdrivet papperskretskort när kanalerna fylldes med en saltlösning. På grund av denna polymerisationsteknik kunde den pappersmikrofluidiska enheten vikas med origami, vilket möjliggör både horisontell och vertikal elektrisk konduktivitet.

Ansökningar

Den största fördelen med pappersbaserade mikrofluidikanordningar jämfört med traditionella mikrofluidikanordningar är deras potential för användning i fält snarare än i ett laboratorium. Filterpapper är fördelaktigt i en fältmiljö eftersom det kan ta bort föroreningar från provet och förhindra dem från att röra sig ner i mikrokanalen. Detta innebär att partiklar inte kommer att hämma noggrannheten hos pappersbaserade analyser när de används utomhus. Pappersbaserade mikroflödesanordningar är också små i storlek (ungefär några mm till 2 cm i längd och bredd) jämfört med andra mikroflödesplattformar, såsom droppbaserade mikroflödesanordningar, som ofta använder objektglas upp till 75 mm i längd. På grund av sin ringa storlek och relativt hållbara material är pappersbaserade mikrofluidenheter bärbara. Pappersbaserade enheter är också relativt billiga. Filterpapper är mycket billigt, och så är de flesta av de mönstringsmedel som används vid tillverkning av mikrokanaler, inklusive PDMS och vax. De flesta av de stora pappersbaserade tillverkningsmetoderna kräver inte heller dyr laboratorieutrustning. Dessa egenskaper hos pappersbaserad mikrofluidik gör den idealisk för testning på vårdplatsen , särskilt i länder som saknar avancerade medicinska diagnostiska verktyg. Pappersbaserade mikrofluidik har också använts för att utföra miljö- och livsmedelssäkerhetstester. Huvudproblemen i tillämpningen av denna teknik är bristen på forskning om flödeskontrolltekniker, noggrannhet och precision, behovet av enklare operatörsprocedurer på fältet och skalningen av produktionen för att möta volymkraven på en global marknad. Detta beror till stor del på fokus i branschen på att utnyttja de nuvarande kiselbaserade tillverkningskanalerna för att kommersialisera LOC-teknologier mer effektivt och ekonomiskt.

Pappersbaserad mikrofluidik för diagnostik

Det ursprungliga målet för pappersbaserad mikrofluidik (μPAD) var att tillverka lågkostnads- och användarvänliga point-of-care -enheter (POC) som kan användas utan hjälp av medicinsk personal eller någon annan kvalificerad specialist inom resursbegränsad och landsbygdsområden. För att uppnå detta mål bör μPAD passa kriterierna "Prisvärd, Känslig, Specifik, Användarvänlig, Snabb och robust, Utrustningsfri, Leverera", tillhandahållna av Världshälsoorganisationen (WHO), som är kraven för diagnostiska tester för resursbegränsade inställningar. I POC:s officiella "Guide to a help the selection of diagnostic tests" sägs det dock att dessa kriterier är generiska och kan modifieras enligt testansökan. Det största problemet med pappersbaserad mikrofluidisk diagnostik är att forskningen inom detta område är inriktad på att tillhandahålla nya koncept och idéer snarare än på att förbättra användaracceptansen och som ett resultat kan de flesta μPAD-enheter fortfarande inte tolkas av icke-professionella användare. POC är dock inte den enda tillämpningen av pappersbaserad mikrofluidik för diagnostik. Nyligen användes ett papper i produktionen av mer komplicerade mikrofluidiska analytiska enheter, kallade lab-on-a-chip (LOC) enheter, som också används i diagnostik. Att använda papper för att tillverka LOC- enheter istället för polydimetylsiloxan (PDMS) och glas kan minska kostnaden och storleken samtidigt som portabiliteten ökar. Detta gör att LOC- enheter blir mer tillgängliga under resursbegränsade förhållanden.

Användning av pappersmikrofluidik i blodgruppering

Nyligen användes mikrofluidik av papper vid tillverkningen av många immunologiska tester. Khan et al. 2010 undersökte en blodtypsapparat baserad på principen att agglutination av röda blodkroppar , utlöst av specifik antigeninteraktion , drastiskt minskar blodtransporten och transporten på papper eller kromatografiska medier. Konceptet visades ut med en pappersbaserad mikrofluidisk prototyp, gjord av ett filterpapper format till en central zon med tre utsträckande kanaler. Varje kanal behandlas med en annan lösning av antikropp (Epiclone Anti-A, Anti-B och Anti-D). Eftersom μPADs avsiktligt skapades för användning under resursbristförhållanden är det mycket viktigt att tillhandahålla förmågan att analysera verkliga prover som obehandlat humant blod och urin . Denna enhet är konstruerad för att analysera helblodsprover , vilket är ett viktigt steg för att öka användarnas acceptans av pappersbaserad mikrofluidisk diagnostik. Analysen baseras på uppsugningsbeteendet hos blod eller antikroppsblandningar på papper. Att blanda blodprover med immunglobulin M -antikroppar, specifika för varje blodgrupp , orsakar agglutination av de röda blodkropparna (RBC) genom polymerbryggning vid adsorption på motsvarande RBC-antigener, och kromatografisk separation av provet på enhetens vissa kanal inträffar. Samtidigt sker separation inte på händer som är indränkta i ospecifik antikropp och blodprovet försvagas som en enhetlig och stabil lösning . Från den uppenbara skillnaden i transport av lösning och kanalutseende kan man identifiera separationseffekten för bestämning av blodtyp.

Noiphung et al. 2014 följde upp ett tillvägagångssätt inom pappersbaserad mikrofluidisk blodtypning med användning av antikroppar för att orsaka agglutination av röda blodkroppar, och gruppen designade en ny pappersbaserad analysanordning (PAD) för blodgruppering som kan användas för synkron prestation av Rh och framåt och bakåt ABO- blodgruppering på samma enhet. Forward grouping är en blodtypningsprocedur där patientens röda blodkroppar blandas med Anti-A- och Anti-B-reagenser. Å andra sidan är omvänd typning en blodtypningsprocedur där patientserum blandas med reagens A-celler och reagens B-celler. Resultaten bör vara motsatsen till att skriva framåt. Den designade enheten har två sidor: främre (F) sidan, gjord av kromatografipapper med tre kanaler prickade med 1,5 ml Anti-A, Anti-B och Anti-D antikroppslösningar vardera, och baksidan (R) sida, gjord med blod separationsmembran och kopplat till antikroppskanaler av A-typ och B-typ. PAD är tillverkad med en kombination av vaxdoppningstekniker för att förena Whatman-kromatografipapper och blodseparationsmembran. Enheten inkluderade tre vaxtryckta kanaler för framåtgruppering, varav två också användes för omvänd gruppering. Medan R-sidan var kapabel för analys av helblodsprov, fann Noiphungs grupp att helblodsprover är för trögflytande för att appliceras direkt på en papperssida av enheten. Under experimentet bestämdes det att det optimala blod-vattenutspädningsförhållandet är 1:2. Blodtypningen utfördes genom att mäta förhållandet mellan röda blodkroppar (RBC) och plasmatransportavstånd . Noggrannheten för de föreslagna PAD:erna vid blodtypning var 92 %, 85 %, 89 %, 93 % och 96 % för blodtyperna A, B, AB, O och Rh+.

Glukosdetektion

Pappersbaserade mikrofluidiska enheter har designats för att övervaka en mängd olika medicinska åkommor. Glukos spelar en viktig roll vid diabetes och cancer, och det kan detekteras genom en katalytisk cykel som involverar glukosoxidas , väteperoxid och pepparrotsperoxidas som initierar en reaktion mellan glukos och en färgindikator, ofta kaliumjodid , på en pappersbaserad mikrofluid. enhet. Detta är ett exempel på kolorimetrisk detektion . Den första pappersbaserade mikroflödesanordningen, utvecklad av George Whitesides grupp vid Harvard, kunde samtidigt detektera protein såväl som glukos via färgförändringsreaktioner (kaliumjodidreaktion för glukos och tetrabromfenolblått reaktion för proteinet BSA ). Botten av pappersanordningen sätts in i en provlösning som framställts i lab och mängden färgförändring observeras. Mer nyligen utvecklades en pappersbaserad mikrofluidisk enhet som använder kolorimetrisk detektion för att kvantifiera glukos i blodplasma. Blodplasma separeras från helblodsprover på en vaxtryckt enhet, där röda blodkroppar agglutineras av antikroppar och blodplasman kan flöda till ett andra fack för färgförändringsreaktionen. Elektrokemisk detektion har också använts i dessa anordningar. Det ger större känslighet vid kvantifiering, medan kolorimetrisk detektion främst används för kvalitativa bedömningar. Screentryckta elektroder och elektroder direkttryckta på filterpapper har använts. Ett exempel på en pappersbaserad mikrofluidisk anordning som använder elektrokemisk detektion har en hantelform för att isolera plasma från helblod. Strömmen från väteperoxiden som produceras i den tidigare nämnda katalytiska cykeln mäts och omvandlas till koncentration av glukos.

3D-enheter för glukosdetektion

Whitesides grupp utvecklade också en 3D pappersbaserad mikrofluidisk enhet för glukosdetektion som kan producera kalibreringskurvor på chipet på grund av den förbättrade vätskeflödesdesignen. Denna 3D-enhet består av lager av papper mönstrade med mikrofluidiska kanaler som är förbundna med lager av dubbelhäftande tejp med hål. Hålen i tejpen tillåter flöde mellan kanaler i omväxlande lager av papper, så den här enheten möjliggör mer komplicerade flödesvägar och möjliggör detektering av flera prover i ett stort antal (upp till ~1 000) detektionszoner i det sista lagret av papper . På senare tid har 3D-pappersbaserade mikrofluidiska enheter sammansatta med origami utvecklats. Till skillnad från Whitesides design använder dessa enheter ett enda lager mönstrat papper som sedan viks till flera lager innan provlösningen injiceras i enheten. Därefter kan anordningen vikas ut och varje lager av anordningen kan analyseras för samtidig detektering av flera analyter. Denna anordning är enklare och billigare att tillverka än den tidigare nämnda anordningen som använder flera lager av papper. Blandning mellan kanalerna i de olika lagren var inte ett problem i någon av enheterna, så båda enheterna lyckades kvantifiera glukos och BSA i flera prover samtidigt.

Miljö- och livsmedelssäkerhetstester

Pappersbaserade mikrofluidiska enheter har flera tillämpningar utanför det medicinska området. Till exempel pappersbaserade biosensorer använts i stor utsträckning vid miljöövervakning . Två nya apparater utvecklades för detektering av Salmonella och E. coli . Den senare enheten användes specifikt för att detektera E. coli i sju fältvattenprover från Tucson , Arizona . Antikroppskonjugerade polystyrenpartiklar laddades i mitten av mikrofluidkanalen, efter provinloppet. Immunoagglutination uppstår när prover som innehåller Salmonella respektive E. coli kommer i kontakt med dessa partiklar. Mängden immunoaglutination kan korreleras med ökad Mie-spridning av ljus, vilket detekterades med en specialiserad smartphoneapplikation under omgivande ljus. Pappersbaserade mikrofluidik har också använts för att upptäcka bekämpningsmedel i livsmedel, såsom äppeljuice och mjölk. En ny design använde piezoelektrisk bläckstråleutskrift för att trycka papper med enzymet acetylkolinesteras (AChE) och substratet indofenylacetat (IPA), och denna pappersbaserade mikrofluidiska enhet användes för att detektera organofosfatbekämpningsmedel ( AChE-hämmare ) via en minskning av blålila Färg. Den här enheten utmärker sig genom att den använder bioaktivt papper istället för fack med förlagrade reagenser, och den har visat sig ha god långtidsstabilitet, vilket gör den idealisk för fältanvändning. En nyare pappersbaserad mikrofluidisk design använde en sensor, bestående av fluorescensmärkt enkelsträngat DNA (ssDNA) kopplat med grafenoxid , på dess yta för att samtidigt upptäcka tungmetaller och antibiotika i livsmedelsprodukter. Tungmetaller ökade fluorescensintensiteten, medan antibiotika minskade fluorescensintensiteten. På senare tid har pappersbaserade anordningar blivit mycket attraktiva för att tillverka billiga, engångs- och bekväma analytiska anordningar för bestämning av reaktivt fosfat i vatten. Dessa enheter använder molybdenblått -protokollet för fosfatdetektering.